Los rayos gamma del centro galáctico no parecen tener origen en la materia oscura

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Artículo publicado por Catherine Zandonella el 4 de febrero de 2016 en la Universidad de Princeton

Los estallidos de rayos gamma procedentes del centro de nuestra galaxia no es probable que sean señales de materia oscura, sino de otro fenómeno astrofísico, unas estrellas de rotación rápidas llamadas púlsares de milisegundos, de acuerdo con dos nuevos estudios, uno de un equipo con sede en la Universidad de Princeton y el MIT, y otro con sede en los Países Bajos.

Anteriores estudios sugerían que los rayos gamma procedentes de densas regiones del espacio en el interior de la galaxia de la Vía Láctea podrían estar causados por la colisión de partículas de materia oscura. Pero usando nuevos métodos de análisis estadístico, los dos equipos de investigación encontraron, de forma independiente, que las señales de rayos gamma no tienen las características esperadas para las procedentes de materia oscura. Ambos equipos informan de sus conclusiones en la revista Physical Review Letters.

Exceso de rayos gamma

Exceso de rayos gamma Crédito: Christoph Weniger, Universidad de Amsterdam

Nuestros análisis sugieren que lo que estamos viendo es la prueba de una nueva fuente de rayos gamma en el centro de la galaxia”, señala Mariangela Lisanti, profesora adjunta de física en Princeton. “Ésta es una región muy compleja del cielo, y existen otras señales astrofísicas que podrían confundirse con señales de materia oscura”.

El centro de la Vía Láctea se cree que contiene materia oscura debido a que es el hogar de una densa concentración de masa, incluyendo densos cúmulos de estrellas y un agujero negro. Un hallazgo concluyente de colisiones de materia oscura en el centro galáctico sería un gran avance hacia la confirmación de nuestro comprensión del universo. “Encontrar pruebas directas de estas colisiones sería interesante debido a que nos ayudaría a comprender las relaciones entre la materia oscura y la materia común”, explica Benjamin Safdi, investigador de posdoctorado en el MIT que recibió su doctorado en 2014 en Princeton.

Para poder asegurar si las señales proceden de la materia oscura o de otras fuentes, el equipo de investigación de Princeton/MIT se enfocó en técnicas de procesamiento de imágenes. Observaron el aspecto que deberían tener los rayos gamma si procedieran de la colisión de las teóricas partículas de materia oscura conocidas como WIMPs. Para el análisis, Lisanti, Safdi y Samuel Lee, antiguo investigador de posdoctorado en Princeton, que actualmente trabaja en el Insituto Broad, junto a sus colegas Wei Xue y Tracy Slatyer del MIT, estudiaron imágenes de rayos gamma captadas por el Telescopio Espacial de Rayos Gamma Fermi de la NASA, que ha estado cartografiando rayos-X desde 2008.

Las partículas de materia oscura se cree que forman aproximadamente el 85 por ciento de la masa del universo, pero nunca se ha detectado directamente. La colisión de dos WIMPs, de acuerdo con el ampliamente aceptado modelo de materia oscura, provoca su aniquilación generando rayos gamma, que son la forma de energía más alta de la luz en el universo.

De acuerdo con este modelo, las partículas de luz, o fotones, de alta energía deberían distribuirse homogéneamente entre los píxeles de las imágenes captadas por el telescopio Fermi. Por contra, otras fuentes como las estrellas en rotación conocidas como púlsares, liberan estallidos de luz que se muestran como píxeles aislados y brillantes.

Los investigadores aplicaron su método de análisis estadístico a imágenes recopiladas por el telescopio Fermi y encontró que la distribución de fotones era agrupada en lugar de homogénea, lo que indicaba que era improbable que los rayos gamma estuviesen provocados por las colisiones de partículas de materia oscura.

Qué son exactamente estas fuentes es algo que se desconoce, comenta Lisanti, pero una posibilidad es que sean estrellas en rotación muy viejas conocidas como púlsares de milisegundo. Señala que sería posible explorar la fuente de rayos gamma usando otros tipos de estudios del cielo que implican a los radiotelescopios.

Douglas Finkbeiner, profesor de astronomía y física en la Universidad de Harvard, que no estuvo implicado en el actual estudio, señala que aunque el hallazgo complica la búsqueda de materia oscura, nos lleva hacia otras áreas de investigación. “Nuestra labor como astrofísicos es caracterizar lo que vemos en el universo, no lograr un resultado deseado y predeterminado. Por supuesto que sería genial encontrar materia oscura, pero comprender qué está pasando y hacer nuevos descubrimientos es apasionante”.

De acuerdo con Christoph Weniger de la Universidad de Amsterdam y autor principal del estudio con sede en los Países Bajos, este hallazgo es una situación en la que todos ganan: “Ya sea encontrando miles de púlsares de milisegundo en la próxima década, lo que arrojaría luz sobre la historia de la Vía Láctea, o no encontrando nada. En el último caso, la explicación de la materia oscura para el exceso de rayos gamma sería mucho más obvia”.

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